CN102776495A

CN102776495A - 一种用于在电容式触摸屏ito走线上的化学镀镍方法

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Publication number: CN102776495A
Application number: CN2012102433126A
Authority: CN
Inventors: 梅天庆; 任春春
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: CN102776495B

Abstract

本发明提供用于在电容式触摸屏ITO走线上的新型化学镀镍方法。与现有真空溅射技术相比，设备投资少，生产成本低，效率高。与非金属基体上的传统化学镀镍工艺相比，本发明中的溶液具有更好的稳定性与选择性。其步骤为：将ITO薄膜玻璃依次经过除油、刻蚀、敏化、活化、还原、化学镀镍过程。其关键在于敏化时采用含有Cu⁺的敏化液以增加针对ITO薄膜的选择性，且比传统的Sn²⁺敏化液更加稳定；刻蚀时采用含有S₂O₈ ^2-或HS₂O₈ ^-的蚀刻液以平稳刻蚀过程、改善刻蚀效果；化学镀镍采用55～65℃的低温施镀，镀液稳定，镀层平整致密。结果表明，该方法易操作、速度快；ITO表面镍层覆盖完整、附着力好，玻璃基体无镍层覆盖，具有高度选择性。

Description

一种用于在电容式触摸屏ITO走线上的化学镀镍方法

技术领域

本发明属于电容式触摸屏ITO表面镀覆的技术领域，具体涉及一种用于在电容式触摸屏ITO走线上的化学镀镍方法。

背景技术

掺锡氧化铟（Indium Tin Oxide, 简称ITO）薄膜是一种半导体材料，具有优异的光电特性和导电性，因而近年来得以迅速发展，特别是在薄膜晶体管（TFT）制造，平板液晶显示（LCD），触屏手机和电脑等电子产品获得广泛的应运，形成一定的市场规模。在电容式触摸屏玻璃基板表面进行ITO溅镀后，使其成为双面ITO玻璃，不在同一面的ITO膜需要通过其四边边缘的ITO导线连通，为了降低控制芯片输入阻抗限制，就必须降低边缘的ITO电阻，而在ITO连通导线上覆盖一层金属层可以大大降低其电阻。

现在国内外的厂家大都使用真空溅射法，即先在用真空溅射的方法在ITO导线上得到金属膜层，再在 ITO区域印上保护膜，然后进行紫外显像刻蚀剥离等步骤。该方法工艺程序复杂，设备投资高，生产成本高，生产速度慢。

所以，目前已有一些学者关注化学镀镍技术，如无锡阿尔法电子科技有限公司在申请号为201010188452.9的专利中提出了一种在电容式触摸屏表面进行化学镀金的方法。但这些方法在化学镀镍中所使用的敏化液选择性较弱，在吸附于ITO的同时，容易吸附于玻璃基体，导致后续工艺复杂化；同时，传统的蚀刻液含有MnO₄ ^-，其对ITO薄膜刻蚀太快，不易控制，刻蚀出的微坑孔径过大，很容易使ITO薄膜不导电或局部地方不导电；另外，传统的酸性化学镀镍工艺施镀温度为75～90℃，有可能导致镀层之间的附着力不良。

发明内容

解决的技术问题：现有技术中的真空溅射技术与化学镀镍技术，在制备金属膜层的过程中存在各种问题。真空溅射技术设备投资高，工艺程序复杂，生产速度慢和生产成本高；对于在ITO薄膜上化学镀镍技术，传统的敏化液、刻蚀液对ITO的敏化、蚀刻效果差和选择性弱。

技术方案：针对以上技术问题，本发明提出用化学沉积的方法在ITO薄膜玻璃上沉积出一层覆盖完整的金属镍，而这种方法的优势在于选择性极高，只在ITO上沉积镍层，玻璃基体上完全没有镍沉淀。其特征在于以下化学镀镍步骤：

（1）除油：将ITO薄膜玻璃放入乙醇溶液中超声清洗1-5分钟，再放入除油液中，在20-40℃条件下超声除油3-15分钟，然后用自来水冲洗，再用去离子水清洗；

（2）刻蚀：将除油后的ITO薄膜玻璃放入刻蚀液中，在20-40℃条件下粗化2-7分钟，然后将ITO薄膜玻璃放入去离子水中并超声清洗1-3分钟；

（3）敏化：将刻蚀后的ITO薄膜玻璃放入敏化液中，在20-40℃条件下敏化4-8分钟，然后将ITO薄膜玻璃放入去离子水中浸洗1-2分钟；

（4）活化：将敏化后的ITO薄膜玻璃放入活化液中，在20-40℃条件下活化4-8分钟，然后将ITO薄膜玻璃放入去离子水中浸洗1-2分钟；

（5）还原：将活化后的ITO薄膜玻璃放入还原液中，常温下还原20-50秒，在去离子水中浸洗1-2分钟；

（6）化学镀镍：将还原后的ITO薄膜玻璃放入化学镀液中，在50-75℃条件下施镀1-6分钟，后用自来水清洗，再用去离子水清洗，最后吹干或烘干，至此即可制得在ITO上镀有附着力良好的镍金属层。

作为本发明进一步改进，步骤（3）中所用敏化液的配方包括5-25mL/L乙二胺或4.0-8.0g/L联吡啶或NaCN 4.5-12.4 g/L或6.0-16.5 g/L KCN或1.5-4.2g/L硫脲、NaOH或HCl、去离子水，其中还包括2-6g/L 亚铜盐。

作为本发明的更进一步改进，所述敏化液中的亚铜盐为CuCl或Cu₂SO₄或CuCN。

作为本发明的另一种改进，步骤（2）中所用蚀刻液的配方包括40g/LNa₂SO₄、0.5mL-3ml/L浓H₂SO₄、2-7g/L NH₄HF₂、10-30g/L柠檬酸、去离子水，其中还包括20-60g/L 过二硫酸盐或过二硫酸氢盐。

作为本发明的更进一步改进，所用蚀刻液中的过二硫酸盐为 K₂S₂O₈，过二硫酸氢盐为KHS₂O₈。

作为本发明的另一种改进，步骤（6）中所述施镀的温度为55～65℃。

作为本发明的更进一步改进，步骤（6）中所述施镀的温度为60℃。

作为本发明的进一步改进，在化学镀镍后，用清水冲洗即可直接浸镀金。

综上所述，化学镀镍步骤中所选用的各种混合液体的工艺配方见表1：

表1 化学镀镍步骤中所选用的各种混合液体的工艺配方

注：本表所述单位为每升混合液体中含有的某物质体积或质量，如除油液配方中的10-25 g/L NaOH，表示每升除油液中含有10-25 gNaOH。

有益效果

本发明把金属表面处理技术与电容式触摸屏技术相结合，运用化学沉积的方法在ITO走线上沉积一层覆盖完整、附着力好的金属镍层；这种方法选择性极高，只在ITO上沉积镍层，玻璃基体上完全没有镍沉淀。通过对工艺参数和工艺配方进行选择，从而得到覆盖完整、性能良好的镀层，该法工艺简化、设备投资少、生产速度快、成本低，且该法对产品几何形状没有限制，镀层厚度可根据需要调节，作业灵性、自动化度高且能够进行连续性的生产。

此法中的敏化液含有一定浓度的CuCl/Cu₂SO₄/CuCN等一系列的亚铜盐，在敏化浸洗后， Cu⁺其只吸附在ITO上，而不吸附玻璃基体，导致后续活化、化学镀镍等步骤也只针对ITO这一对象，表现出高度的选择性。

此法中的蚀刻液含有一定浓度的K₂S₂O₈或KHS₂O₈等一系列的过二硫酸盐或过二硫酸氢盐，由于S₂O₈ ^2-或HS₂O₈ ^-比起传统配方中的MnO₄ ^-更加温和，刻蚀效果好，克服了传统蚀刻剂对ITO薄膜刻蚀太快，不易控制，刻蚀出的微坑孔径过大，很容易使ITO薄膜不导电或局部地方不导电的缺点。

此法中镀液施镀温度控制在55～65℃，镀速快。与传统酸性镀液施镀温度70～90℃相比，镀液稳定性增加，设备要求低。

附图说明

图1 ITO薄膜玻璃的扫描电子显微镜图

图2 实施例1中ITO薄膜玻璃在经过刻蚀后的扫描电子显微镜图

图3 实施例3中ITO薄膜玻璃在经过刻蚀后的扫描电子显微镜图

图4 实施例2中ITO薄膜玻璃在活化和还原后的扫描电子显微镜图

图5 实施例2中ITO薄膜玻璃在活化和还原后的能谱图

图6 实施例1中ITO薄膜玻璃在化学镀完镍后的扫描电子显微镜图

图7 实施例2中ITO薄膜玻璃在化学镀完镍后的扫描电子显微镜图

图8 实施例3中ITO薄膜玻璃在化学镀完镍后的扫描电子显微镜图

图9 实施例4中ITO薄膜玻璃在化学镀完镍后的扫描电子显微镜图

图10 经过实施例2处理后，表面含有ITO薄膜的玻璃基板镀完镍后的形态，图中颜色深的是玻璃，颜色浅的是镍层

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步说明本发明，其中部分制备条件仅是作为典型情况的说明，并非是对本发明的限定。

实施例1 按如下操作步骤化学镀镍：

（1）除油：将带有ITO薄膜玻璃基体放入乙醇溶液中超声3-5分钟，将乙醇中超声完的玻璃基体放入碱性除油液（配方为15g/L的NaOH、20g/L的Na₃PO₄、20g/L的Na₂CO₃、10g/L硅酸钠、3g/L的OP乳化剂）中超声除油10分钟，再用去离子水清洗；

（2）刻蚀：将除完油的ITO薄膜玻璃放入刻蚀液中（配方为50g/L的KHS₂O₈、40g/L的Na₂SO₄、1mL/L的浓H₂SO₄、4g/L的NH₄HF₂、15g/L的柠檬酸），在温度为30℃下粗化5分钟，然后将ITO玻璃放入去离子水中并超声1分钟；其形貌见图2；

（3）敏化：将刻蚀完的ITO薄膜玻璃放入自制敏化液A（见表1）中在30℃条件下敏化6分钟，然后将ITO薄膜玻璃放入去离子水中浸洗2分钟，；

（4）活化：将敏化完的ITO薄膜玻璃放入活化液（配方为0.1g/L PdCl₂、2mL/L浓HCl）中30℃条件下活化7分钟，然后将ITO薄膜玻璃放入去离子水中浸洗2分钟；

（5）还原：将活化完的ITO薄膜玻璃放入还原剂中（配方为10g/LNaH₂PO₂·H₂O），在室温下浸洗20秒；

（6）化学镀镍：将还原完的ITO薄膜玻璃放入化学镀液B（见表1）中，在pH为4.5，温度为60℃的酸性镀液中进行化学镀，时间5分钟，将施镀完的ITO薄膜玻璃用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，最后用吹风机吹干，其形貌图见图6。

经过此步骤对ITO薄膜进行化学镀镍，分析图谱可知：

1.由图1（刻蚀前）与图2（刻蚀后）比较，通过电镜可以清楚的看到刻蚀前玻璃基板上的ITO薄膜均匀，看不见任何孔洞和微坑；刻蚀后ITO薄膜表面呈现均匀细致的黑色微坑，这些微坑可以增加敏化液中亚铜离子和活化步骤得到活性催化晶核（pd）在ITO薄膜表面的吸附，更能提高金属镀层与ITO薄膜基体的结合强度；

2.图6是镀镍后的ITO薄膜形貌图，可以清楚看出镀层表面平整、组织致密、孔隙率小。

实施例2 与实施例1不同的为以下4个步骤：

（2）刻蚀：与实施例1不同的是刻蚀液配方为50g/L的KHS₂O₈、40g/L的Na₂SO₄、1.5mL/L的浓H₂SO₄、4g/L的NH₄HF₂、15g/L柠檬酸，粗化时间为8分钟；

（3）敏化：与实施例1不同的为敏化时间为7分钟；

（4）活化：与实施例1不同的是活化液的配方为0.2g/L的 PdCl₂、3mL/L的浓HCl；其经后续还原操作后的形貌见图4，能谱图见图5；

（6）化学镀镍：与实施例1不同的是在pH4.7的酸性镀液中进行化学镀，其形貌图见图7。

经过此步骤对ITO薄膜进行化学镀镍，分析图谱可知：

1.由图4与图5为ITO薄膜玻璃在活化还原后的扫描电子显微镜图和能谱图，从图4可以看到在ITO薄膜上有很多白点，从图5可以看出在在ITO薄膜上有pd吸附在其表面和孔坑里，结合图4、图5可知在ITO薄膜上的白点为pd；即在活化还原后的ITO薄膜上能检测到Pd（活化所得），其它元素都是玻璃中成份。由此可总结，从图4、图5可以证明在活化还原这两步骤后在ITO薄膜表面上吸附有大量分布均匀的活性催化Pd晶核，为后面的化学镀镍的顺利进行提供必要条件；

2.由图1（化学镀镍前）与图10（化学镀镍后）的ITO薄膜形貌对比可知，用本发明提供的化学镀镍的方法，在ITO薄膜上沉积出一层覆盖完整的金属镍，且选择性极高，只在ITO上沉积镍层，玻璃基体上完全没有镍沉积；

3.使用实施例2或实施例1中方法均能在ITO薄膜表面得到一层完整均匀的镍层外，但实施例2是实施例1的改进，实施例2中镀速升高，镀层平整致密。镀层表面形成的镍球粒径较大，镀层的局部地方仍存在空隙。

实施例3 与实施例1不同的为以下4个步骤：

（2）刻蚀：与实施例1不同的是刻蚀液配方为40g/L的KHS₂O₈、40g/L的Na₂SO₄、1.5mL/L的浓H₂SO₄、4g/L的NH₄HF₂、15g/L的柠檬酸，粗化时间为8分钟，其形貌见图3；

（3）敏化：与实施例1不同的为敏化时间为8分钟；

（4）活化：与实施例1不同的是活化液的配方为0.3g/L的 PdCl₂、5mL/L的浓HCl；活化时间为8分钟；

（6）化学镀镍：与实施例1不同的是在pH5.0的酸性镀液中进行化学镀，其形貌图见图8。

经过此步骤对ITO薄膜进行化学镀镍，分析图谱可知：

1.由图3（刻蚀后）可以看到有很多分布均匀的黑色孔坑，那是刻蚀液和ITO薄膜反应得到的；

2.与实施例1相比（见图2），刻蚀时间增长导致ITO薄膜上孔坑的大小和密集度明显都增加。

实施例4 与实施例3不同的为步骤（6）化学镀镍中，在pH5.2的酸性镀液中进行化学镀，其形貌图见图9。

实施例5 与实施例2不同的为步骤（6）化学镀镍中，在温度为55℃的镀液中进行化学镀；由实验结果可知，镀层覆盖完整，附着力好，镀层光亮。且较实施例2中镀速减慢。

实施例6 与实施例2不同的为步骤（6）化学镀镍中，在温度为65℃的镀液中进行化学镀；由实验结果可知，镀层覆盖完整，附着力好，镀层光亮。且较实施例2中镀速加快。

由实施例2、5、6可知，在其他参数不变的情况下，随着镀液温度的降低，镀速逐渐减慢，由此镀液稳定性增强，不易分解，可长期使用，同时镀层效果更平整致密，也对设备要求更低，更为经济。

实施例7 与实施例1不同的为步骤（2）中选用的蚀刻液配方为传统配方，即把实施例1配方中50g/L的KHS₂O₈替换为20g/L的KMnO₄。其刻蚀效果对比如表2中所述：

表2 实施例1与实施例5两种不同刻蚀液的对比情况

	对比点	实施例1	实施例5
				1	过程控制	刻蚀速度平稳，易控制	刻蚀太快，不易控制
2	刻蚀出的微坑	微坑均匀，孔径小	微坑孔径过大
				3	ITO薄膜导电性	导电良好	不导电或局部地方不导电

由以上结果可知，使用本发明所提供的新型的刻蚀剂相较于使用含有强氧化性KMnO₄的传统蚀刻液，对ITO薄膜刻蚀效果明显改善，且该实验经反复论证均显示出优良的刻蚀性能。

实施例8与实施例1不同的为步骤（3）中所使用的为敏化液配方为传统配方，即20g/L的SnCl₂、30mL/L的浓HCl。

由实验结果可知，使用此敏化液,化学镀镍后的ITO薄膜，在薄膜上沉积出一层覆盖完整的金属镍，在玻璃基体上也有镍沉积，几乎无选择性，具体在生产中容易使触摸屏上的线路发生短路。

对比使用配方中含有Cu⁺的敏化液进行化学镀镍的ITO薄膜（见实施例1），ITO薄膜上沉积出一层覆盖完整的金属镍，在玻璃基体上没有镍沉积，表现出极强的选择性。

Claims

1.一种用于在电容式触摸屏ITO走线上的化学镀镍方法，其特征在于以下化学镀镍步骤：

（1）除油：将ITO薄膜玻璃放入乙醇溶液中超声清洗1-5分钟，再放入除油液中，除油液配方包括10-25 g/L NaOH、10-40g/L Na₃PO₄、20-30g/L Na₂CO₃、10-15g/L硅酸钠、1-3g/L OP乳化剂、去离子水，然后在20-40℃条件下超声除油3-15分钟，然后用自来水冲洗，再用去离子水清洗；

（2）刻蚀：将除油后的ITO薄膜玻璃放入蚀刻液中，蚀刻液配方包括40g/L Na₂SO₄、0.5mL-3ml/L浓H₂SO₄、2-7g/L NH₄HF₂、10-30g/L柠檬酸、去离子水，然后在20-40℃条件下粗化2-7分钟，再将ITO薄膜玻璃放入去离子水中并超声清洗1-3分钟；

（3）敏化：将刻蚀后的ITO薄膜玻璃放入敏化液中，敏化液配方包括敏化液的配方包括5-25mL/L乙二胺或4.0-8.0g/L联吡啶或4.5-12.4 g/L NaCN或6.0-16.5 g/L KCN或1.5-4.2g/L硫脲、NaOH或HCl、去离子水，然后在20-40℃条件下敏化4-8分钟，再将ITO薄膜玻璃放入去离子水中浸洗1-2分钟；

（4）活化：将敏化后的ITO薄膜玻璃放入活化液中，活化液配方包括0.1-0.3 g/L PdCl₂、2-4 mL/L HCl、去离子水，然后在20-40℃条件下活化4-8分钟，再将ITO薄膜玻璃放入去离子水中浸洗1-2分钟；

（5）还原：将活化后的ITO薄膜玻璃放入还原液中，还原液配方包括10-20g/L NaH₂PO₂·H₂O、去离子水，然后在室温下还原20-50秒，在去离子水中浸洗1-2分钟；

（6）化学镀镍：将还原后的ITO薄膜玻璃放入化学镀液中，化学镀液配方包括28 g/L NiSO₄·7H₂O、30 g/L柠檬酸三钠、 26g/L NaH₂PO₂·H₂O、15 g/L乙酸钠、2-2.4 g/L聚乙二醇、稳定剂、光亮剂、去离子水，用柠檬酸调节pH=4.6-5.2，然后在50-75℃条件下施镀1-6分钟，后用自来水清洗，再用去离子水清洗，最后吹干或烘干，至此即可制得在ITO上镀有附着力良好的镍金属层。

2.如权利要求1所述化学镀镍的方法，其特征在于：步骤（3）中所述敏化液中还包括2-6 g/L 亚铜盐。

3.如权利要求1所述化学镀镍的方法，其特征在于：步骤（3）中所述敏化液中还包括2-6 g/L CuCl或Cu₂SO₄或CuCN。

4.如权利要求1~3中任一项所述化学镀镍的方法，其特征在于：步骤（2）中所述蚀刻液中还包括20-60g/L 过二硫酸盐或过二硫酸氢盐。

5.如权利要求1~3中任一项所述化学镀镍的方法，其特征在于：步骤（6）中所述施镀的温度为55～65℃。

6.如权利要求4所述化学镀镍的方法，其特征在于：步骤（6）中所述施镀的温度为55～65℃。

7.如权利要求4所述化学镀镍的方法，其特征在于：所述过二硫酸盐为 K₂S₂O₈，所述过二硫酸氢盐为KHS₂O₈。

8.如权利要求5所述化学镀镍的方法，其特征在于：所述施镀的温度为60℃。

9.如权利要求6所述化学镀镍的方法，其特征在于：所述过二硫酸盐为 K₂S₂O₈，所述过二硫酸氢盐为KHS₂O₈。

10.如权利要求6或9所述化学镀镍的方法，其特征在于：所述施镀的温度为60℃。